JP2005078959A5 - - Google Patents

Description

誘導加熱装置

本発明は、高周波磁界による誘導加熱を利用して被加熱物の加熱を行う電磁調理器などの誘導加熱装置に関するものである。

従来の誘導加熱装置用加熱コイルの漏洩磁界低減方法（例えば、特許文献１参照）について図面を用いて説明する。図６は、従来の誘導加熱装置用加熱コイルの漏洩磁界低減方法である。加熱コイル１の外周部に電磁シールド環２を配置することにより、加熱コイル１から漏洩する２０ｋ〜５０ｋＨｚ高周波漏洩磁界を減少させることができる。これは、加熱コイル１で生じた高周波磁界により電磁シールド環２に電流が流れ、その電流により加熱コイル１とは逆向きの高周波磁界が発生することで、加熱コイルの外周部に発生する高周波磁界を打ち消す様に作用するためである。なお、電磁シールド環２はアルミ板やリード線などを環状にしたものが用いられる。

一方、従来の誘導加熱装置の別の漏洩磁界低減方法（例えば、特許文献２参照）について説明する。図７は従来の誘導加熱装置の漏洩磁界低減方法である。加熱コイル１の外周近傍に巻き線を施してインダクタンス５を構成するとともに、加熱コイル１から発生する高周波磁界と、インダクタンス５が発生する高周波磁界成分が互いに打ち消す方向に配置している。図８に従来の誘導加熱装置の回路例を示す。図８の誘導加熱装置は商用電源などで構成される電源部３と電源部３の電力を高周波電力に変換する高周波発振部１１と高周波発振部１１の電力を高周波磁界に変換する加熱コイル１と加熱コイル１からの磁界を受けて発熱する負荷１５で構成されており、高周波発振部１１は、商用電源を整流する整流手段４と整流手段４の出力を平滑化するインダクタ５及び平滑コンデンサ６と加熱コイル１への電力供給を制御する半導体スイッチ８及び半導体スイッチ８のスイッチング動作を滑らかにする共振コンデンサ７から構成されている。図８の従来例ではインダクタ５を巻き線のみで構成していおり、インダクタンス５のコア材を不要とし装置の小型化を図るとともに高周波ノイズの低減効果を併せ持つことができる。
特開昭５７−１１５７９５号公報 特公昭６３−７６７２号公報

しかし、図６の様な従来の誘導加熱装置用加熱コイルの漏洩磁界低減方法においては、高周波の漏洩磁界は電磁シールド環２の効果により、減少させることができるものの、加熱コイル１から発生する電源周波数または電源の２倍周波数の磁界（以下低周波磁界）は、負荷１５にほとんど吸収されず外部に放出され、また電磁シールド環２では低周波磁界を打ち消すだけの逆向きの磁界を発生させることができないため、低周波磁界が減少しないで機器外部に放出される課題が生じることになる。 一方、図７の従来の誘導加熱装置においては、巻き線をインダクタンスとして動作させるため（数１００μＨ程度）、巻き線の巻き数が多くなることになる。この際、巻き線から放出される低周波磁界が加熱コイルから放出される低周波磁界より大きくなり、外部に放出する低周波磁界が増加する課題が生じることになる。また、従来の誘導加熱装置は高周波磁界を打ち消すことを目的としており、漏れ磁界低減用の巻き線は加熱コイルの最外周部の外側に限定され、配置の自由度がないという課題が生じることになる。

本発明は上記の課題を解決するもので、低周波磁界が加熱コイルから放射することを減少させることで、不要な電磁波の雑音を減少させることができる誘導加熱装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために本発明は、電源部に接続され商用周波数の電力を整流し商用周波数の２倍の周波数の低周波成分を持った電力に変換する整流手段と、被加熱物を誘導加熱するための高周波磁界を発生する加熱コイルと、前記低周波成分を持った電力を高周波電力に変換し前記加熱コイルに前記低周波成分と高周波成分が重畳した高周波電流を供給する高周波発振部とを備え、前記高周波発振部内にあり前記低周波成分を持つ低周波電流が流れる配線を、前記加熱コイル近傍に環状に施しかつ前記配線より発生する低周波磁界と前記加熱コイルより発生する低周波磁界が互いに打ち消す方向となるように配置しさらに外部に漏洩する前記低周波磁界を低減するように１回または複数回巻いて構成した低周波磁界打ち消し手段を有する誘導加熱装置としている。

これにより、加熱コイルから発生する低周波磁界を簡易にしかも負荷を加熱する高周波磁界にあまり影響を与えず打ち消すことが可能になり、低周波漏れ磁界の少ない誘導加熱装置を実現するものである。

以上のように本発明によれば、加熱コイルから発生する低周波磁界を打ち消すことができ、負荷を加熱する高周波磁界にあまり影響を与えず外部に漏洩する低周波漏れ磁界の少ない誘導加熱装置を実現するものである。

請求項１に係わる本発明は、電源部に接続され商用周波数の電力を整流し商用周波数の２倍の周波数の低周波成分を持った電力に変換する整流手段と、被加熱物を誘導加熱するための高周波磁界を発生する加熱コイルと、前記低周波成分を持った電力を高周波電力に変換し前記加熱コイルに前記低周波成分と高周波成分が重畳した高周波電流を供給する高周波発振部とを備え、前記高周波発振部内にあり前記低周波成分を持つ低周波電流が流れる配線を、前記加熱コイル近傍に環状に施しかつ前記配線より発生する低周波磁界と前記加熱コイルより発生する低周波磁界が互いに打ち消す方向となるように配置しさらに外部に漏洩する前記低周波磁界を低減するように１回または複数回巻いて構成した低周波磁界打ち消し手段を有する誘導加熱装置としている。

これにより、加熱コイルから発生する低周波の磁界を簡易にしかも負荷を加熱する高周波磁界にあまり影響を与えず打ち消すことが可能になり、低周波漏れ磁界の少ない誘導加熱装置を実現するものである。

請求項２に係わる発明は、上記に加え、複数に分割された加熱コイルを有し、低周波磁界打ち消し手段は、配線を前記複数の加熱コイルのうち外周側に配置された加熱コイル近傍に環状に施して構成した誘導加熱装置としている。

これにより、打ち消しコイルから発生する磁界を強くすることが可能になり、より低周波漏れ磁界の少ない誘導加熱装置を実現するものである。

請求項３に係わる発明は、上記に加え、低周波磁界打ち消し手段は、配線を複数回環状に施して構成した誘導加熱装置としている。

これにより、打ち消しコイルから発生する磁界を強くすることが可能になり、より低周波漏れ磁界の少ない誘導加熱装置を実現するものである。

請求項４に係わる発明は、上記に加え、低周波磁界打ち消し手段は、加熱コイル近傍に配置される防磁フェライトの外側に環状に施して構成される誘導加熱装置としている。

これにより、低周波打ち消し手段による高周波磁界への影響を少なくすることができ、加熱分布がほとんど変わらない状態で低周波漏れ磁界を低減することができる誘導加熱装置を実現するものである。

請求項５に係わる発明は、上記に加え、高周波発振部は、整流手段の出力端子間に直列に接続されるインダクタと平滑コンデンサとを備え、低周波磁界打ち消し手段は、高周波発振部内のインダクタの直前または直後の配線を用いる誘導加熱装置としている。

これにより、配線のインダクタ成分が回路上のインダクタに吸収されるため低周波磁界打ち消し手段に使用される配線の機器への影響を考慮する必要がなく、簡易に配線場所を設定できる状態で低周波漏れ磁界を低減することができる誘導加熱装置を実現するものである。

請求項６に係わる発明は、上記に加え、低周波磁界打ち消し手段は、高周波発振部内のインダクタと逆相の電流が流れる配線を用いる誘導加熱装置としている。

これにより、インダクタの別の相に配線によるインダクタ成分を生成することになり、その結果相間の回路のアンバランスを改善し、コモンモードノイズを軽減できる状態で低周波漏れ磁界を低減することができる誘導加熱装置を実現するものである。

請求項７に関わる本発明は、上記に加え、内側に位置する内加熱コイルと第１の半導体スイッチの直列回路と、外側に位置する外加熱コイルと第２の半導体スイッチの直列回路が並列に接続された誘導加熱装置であって、前記内加熱コイルと前記外加熱コイルを同方向に巻く構成とする誘導加熱装置としている。

これにより、内側の加熱コイルと外側の加熱コイルに対して同じ低周波磁界打ち消し手段を用いることが可能になり、簡易な構成で複数の加熱コイルから発生する低周波漏れ磁界を低減することができる誘導加熱装置を実現するものである。

（実施例１）
本発明の第１の実施例について図面を参照しながら説明する。図１は本実施例の誘導加熱装置の構成を示す図である。商用電源やフィルタを含む電源部３は、高周波発振部１１に接続され、高周波発振部１１は加熱コイル１に接続される。加熱コイル１は上部に鍋などの負荷１５が加熱コイル１と磁気結合する形で設置され、下部には負荷１５との磁気結合を高める防磁フェライト１３が配置される。また、高周波発振部１１は電源部３に接続される整流手段４と、整流手段４と直列に接続されるインダクタ５と平滑コンデンサ６の直列接続と、平滑コンデンサ６に並列に接続される共振コンデンサ７と半導体スイッチ８の直列接続からなり、共振コンデンサ７は加熱コイル１と並列に接続される。一方、インダクタ５の配線は加熱コイルの外周部近傍でフェライトの下部に加熱コイル１の巻き方向とは逆に複数回巻かれ、低周波打ち消し手段を構成する。

本実施例では、誘導加熱装置に用いられる一般的な回路構成を示しているが、加熱コイル１からの低周波磁界が発生する回路構成であれば特に限定するものではない。

次に本実施例に動作に関して説明する。図２はインバータ回路の各区間における電流経路を示した図である。Ｉ３は入力電流を、Ｉ５はインダクタ５及び低周波磁界打ち消し手段１２に流れる電流を、Ｉ１は加熱コイルに流れる電流を示している。電源部３は商用電源及びフィルタなどで構成され、高周波発振部１１に商用周波数の電力を供給する。そのため、入力電流Ｉ３は、商用周波数成分を持つ電流になる。高周波発振部１１では整流手段４により商用電力を整流して商用電源の２倍の周波数成分を持った電力に変換し、更に半導体スイッチ８を用いて２０ｋ〜５０ｋＨｚ程度の高周波電力に変換される。そしてこの高周波電力は加熱コイル１に供給され、加熱コイル１から高周波磁界の形で負荷１５に供給される。負荷１５は、高周波磁界により表層部に渦電流が生じ、その結果発熱するに至る。そのため、インダクタ５及び低周波磁界打ち消し手段１２に流れる電流は商用周波数の２倍の周波数の電流Ｉ５が流れ、また加熱コイル１には半導体スイッチ８が導通状態になったときに電源部１→整流手段４→加熱コイル１→半導体スイッチ８のループで生じる商用周波数の２倍の成分をもつ低周波電流と、半導体スイッチ８の周波数に従って加熱コイル１に流れる高周波成分が重畳した電流Ｉ１１が流れる。

そして、加熱コイル１と低周波磁界打ち消し手段１２の低周波磁界が互いに打ち消すように互いに配置することにより、加熱コイル１から発生する低周波磁界を打ち消すことができる。また、低周波磁界打ち消し手段１２は加熱コイル１が複数に分割されている場合などは外側の加熱コイル１の近傍に配置することが望ましく、また複数回巻いた方がより多くの打ち消し磁界を発生させることが可能になる。但し、低周波磁界打ち消し手段１２を複数回巻く場合においては、巻き数が多いと逆に低周波磁界打ち消し手段１２からの磁界が大きくなるため、加熱コイル１の巻き数の概１／２以下の巻き数で構成することになる。

一方、低周波磁界打ち消し手段１２を防磁フェライト１３の下部に配置することにより、加熱コイル１から負荷１５へ伝達される高周波磁界を大きく乱すことがなく、その結果良好な加熱分布が得ることができる。

更に、本実施例では低周波磁界打ち消し手段１２はインダクタ５の直後から取られている。これは低周波磁界打ち消し手段１２の配線が長くなる場合に生じる配線インダクタがインダクタ５に比べて十分小さいため、容量的に吸収されるため、配線に重畳するノイズ等の影響が少ないという利点を有するためである。

以上のように本実施例では、加熱コイル１と逆向きの低周波磁界が生じる配線を利用した低周波磁界打ち消し手段１２を加熱コイル１の近傍に配置することにより、加熱コイル１から発生する低周波磁界を簡易にしかも負荷１５を加熱す高周波磁界にあまり影響を与えず打ち消すことが可能になり、低周波漏れ磁界の少ない誘導加熱装置を実現するものである。

（実施例２）
本発明の第２の実施例について図面を参照しながら説明する。本実施例の構成を図３に示す。本実施例が実施例１と異なるのは、低周波磁界低減手段１２をインダクタ５の逆相に位置する配線を用いている点である。

上記構成における動作について説明する。本実施例では図３に示すように、インダクタ５の逆相の電流が流れる配線を利用して低周波磁界打ち消し手段１２を構成している。このようにノーマルモードのインダクタ５の逆相の配線を用いることで、配線のインダクタンス分が回路上に加わり電源部１からみたインピーダンスを両相間で近づけることが可能になる。この結果、コモンモードノイズが減少し、電源部１のフィルタ構成が簡易になることになる。

以上の様に本実施例によれば、低周波磁界打ち消し手段１２にインダクタ５と逆相の配線を用いることで、電源部１からみたインピーダンスを対称に近づけ、その結果コモンモードノイズが少ない誘導加熱装置を実現できるものである。

（参考例１）
本発明の第１の参考例について図面を参照しながら説明する。本参考例の構成を図４に示す。本参考例が実施例１と異なるのは、低周波磁界低減手段１２を半導体スイッチ８のエミッタラインから取っている点である。

上記構成における動作について説明する。本参考例では図４に示すように、半導体スイッチ８のエミッタライン配線を利用して低周波磁界打ち消し手段１２を構成している。このようにすることで、低周波磁界に加え高周波の漏れ磁界も低減することが可能になる。そうすることで、電磁シールド環２をなくすことが可能になり、簡易な構成で低周波及び高周波の漏れ磁界を低減することが可能にある。

以上の様に本参考例によれば、低周波磁界打ち消し手段１２に半導体スイッチ８のエミッタラインの配線を用いることで、簡易な方法で低周波磁界に加え高周波の漏れ磁界も低減することが可能な誘導加熱装置を実現できるものである。

（実施例３）
本発明の第３の実施例について図面を参照しながら説明する。本実施例の構成を図５に示す。本実施例が実施例１と異なるのは、加熱コイル１が内側に位置する内加熱コイル１ａと半導体スイッチａ８ａの直列回路と外加熱コイル１ｂと半導体スイッチ８ｂの直列回路が並列に接続され、更に内加熱コイル１ａには並列に共振コンデンサ７ａが外加熱コイルには並列に共振コンデンサ７ｂが接続されている点である。

本実施例の動作について説明する。本実施例では半導体スイッチａ８ａ及び半導体スイッチｂ８ｂは同時に導通せず、図示していない制御手段に従い、交互に動作している。そのため、高周波磁界的には各々が影響を受けずに負荷１５に電力を供給することができる。しかし、内加熱コイル１ａと外加熱コイル１ｂが逆向きになった場合には、低周波磁界低減手段１２の巻き方向により、どちらかの加熱コイルを通電中には低周波磁界が増加することになる。よって、内加熱コイル１ａと外加熱コイル１ｂを同じ向きに巻くことにより、低周波磁界低減手段１２を配置することで双方の加熱コイルに生じる低周波磁界を低減することが可能になる。

以上の様に本実施例では、複数の加熱コイルを同方向に巻くことで同じ低周波磁界打ち消し手段１２を用いて低周波磁界を低減することが可能になり、簡易な構成で複数の加熱コイルから発生する低周波漏れ磁界を低減することができる誘導加熱装置を実現するものである。

本発明の第１の実施例の誘導加熱装置を示す図 本発明の第１に実施例の誘導加熱装置の動作波形を示す図 本発明の第２の実施例の誘導加熱装置を示す図 本発明の第１の参考例の誘導加熱装置を示す図 本発明の第３の実施例の誘導加熱装置を示す図 従来の誘導加熱装置を示す図 従来の誘導加熱装置を示す図 従来の誘導加熱加熱装置の回路構成を示す図

符号の説明

１ 加熱コイル
２ 電磁シールド環
３ 電源部
４ 整流手段
５ インダクタ
６ 平滑コンデンサ
７ 共振コンデンサ
８ 半導体スイッチ
１１ 高周波発振部
１２ 低周波磁界打ち消し手段
１３ 防磁フェライト
１５ 負荷
１ａ 内加熱コイル
１ｂ 外加熱コイル
７ａ 共振コンデンサａ
７ｂ 共振コンデンサｂ
８ａ 半導体スイッチａ
８ｂ 半導体スイッチｂ

Claims (7)

1. 電源部に接続され商用周波数の電力を整流し商用周波数の２倍の周波数の低周波成分を持った電力に変換する整流手段と、被加熱物を誘導加熱するための高周波磁界を発生する加熱コイルと、前記低周波成分を持った電力を高周波電力に変換し前記加熱コイルに前記低周波成分と高周波成分が重畳した高周波電流を供給する高周波発振部とを備え、前記高周波発振部内にあり前記低周波成分を持つ低周波電流が流れる配線を、前記加熱コイル近傍に環状に施しかつ前記配線より発生する低周波磁界と前記加熱コイルより発生する低周波磁界が互いに打ち消す方向となるように配置しさらに外部に漏洩する前記低周波磁界を低減するように１回または複数回巻いて構成した低周波磁界打ち消し手段を有する誘導加熱装置。
2. 複数に分割された加熱コイルを有し、低周波磁界打ち消し手段は、配線を前記複数の加熱コイルのうち外周側に配置された加熱コイル近傍に環状に施して構成した請求項１に記載の誘導加熱装置。
3. 低周波磁界打ち消し手段は、配線を複数回環状に施して構成した請求項１または２に記載の誘導加熱装置。
4. 低周波磁界打ち消し手段は、加熱コイル近傍に配置される防磁フェライトの外側に環状に施して構成される請求項１〜３のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
5. 高周波発振部は、整流手段の出力端子間に直列に接続されるインダクタと平滑コンデンサとを備え、低周波磁界打ち消し手段は、前記インダクタに接続される配線を用いる請求項１〜４のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
6. 低周波磁界打ち消し手段は、インダクタと逆相の電流が流れる配線を用いる請求項５に記載の誘導加熱装置。
7. 内側に位置する内加熱コイルと第１の半導体スイッチの直列回路と、外側に位置する外加熱コイルと第２の半導体スイッチの直列回路が並列に接続された誘導加熱装置であって、前記内加熱コイルと前記外加熱コイルを同方向に巻く構成とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。